一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂的制备方法

1.本发明属于工业低温scr催化剂技术领域，主要涉及一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂的制备方法。


背景技术：

2.一氧化氮(no)是工业生产过程中产生的污染物，被排放到大气中后会危害环境，是温室效应、酸雨、臭氧层破坏和光化学烟雾的主要前驱物，甚至危害人类健康。
3.目前工业领域广泛使用的scr脱硝方法是治理去除该污染物的关键技术。对电厂锅炉来说，高温scr催化剂的研发已经较为成熟，而制备适用于非电、低温烟气工厂的低温scr催化剂依旧存在继续探究的余地。其次，挑选成本低、高负载催化剂粉体、易搬运的催化剂载体材料是另一个难点。低温活性差、载体表面易脱落催化剂粉体等情况的出现，工厂工况下催化剂寿命往往会受到影响而缩短，无形中又会提高工厂成本。
4.工厂所用整体式催化剂通常分为三类：蜂窝式、板式和波纹板式。波纹板式催化剂，通过将催化剂浸渍负载于玻璃纤维材料波纹板上。这种整体式催化剂，以抗热冲击力强、比表面积高、单位体积重量轻、应用温度范围宽等优势，在工业应用领域具有广泛的应用前景和很好的社会环境效益。


技术实现要素：

5.本发明为解决提供一种具有较高上载率、煅烧处理后具有高催化效率的整体波纹板式钒钼钛催化剂，提出了一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂的制备方法。
6.本发明涉及一种低温钒钼钛脱硝催化剂的制备，通过添加特制溶剂，采用浸渍法将其负载至玻璃纤维材料载体上，制作成具有高粉体上载率的整体式波纹板催化剂。具有很好的烟气脱硝效率。
7.本发明的波纹板式玻璃纤维材料负载低温钒钼钛催化剂，其中所述的低温钒钼钛催化剂，主要成分为三氧化钼、五氧化二钒和锐钛矿型钛白粉的混合物。所述的低温钒钼钛催化剂各组分质量百分比例为，87.5-94.5％锐钛矿型钛白粉、3.5-7.5％三氧化钼、1-5％五氧化二钒。低温钒钼钛催化剂负载率可达50-200％，且实用过程脱载率低。
8.本发明波纹板式玻璃纤维材料负载低温钒钼钛催化剂的制备过程，包括如下步骤：
9.1)取去离子水加热至40-60℃，按顺序添加草酸、偏钒酸铵、钼酸铵和锐钛矿二氧化钛，搅拌至粘稠浆液；
10.2)将步骤1)中粘稠状催化剂稠浆液置于烘箱中烘干4小时，再置于马弗炉中于600℃烧制3-5小时，得到块状钒钼钛催化剂；
11.3)将步骤2)中所得块状钒钼钛催化剂于球磨机中研磨至细粉得到低温钒钼钛催
化剂粉末；
12.4)将步骤3)中低温钒钼钛催化剂粉末与特制溶剂，加入去离子水中，超声搅拌均匀，制成催化剂浆液；
13.5)将波纹板催化剂单元置于浆液中浸渍均匀，浸渍后将催化剂单元控出，然后继续重复浸渍控出0-4次；最后用气泵吹扫催化剂表面，直至清理完表面多余浆液，放置至自然干燥。
14.本发明涉及的特制溶剂主要组成包括：硅溶胶、硫酸铝、聚乙二醇400和水，其中，按照质量比计，硅溶胶:硫酸铝:聚乙二醇400:水＝120:9:7:14。硅溶胶的按二氧化硅质量百分比计浓度为29-31％。
15.以上步骤4)中低温钒钼钛催化剂粉末、特制溶剂和去离子水的质量用量关系为特制溶剂2％-11％，催化剂粉体20％-40％，水50％-75％。
16.本发明所使用的波纹板单元，由多层波浪式纤维板块催化剂载体热压组成，呈现一层波纹状玻璃纤维板与一层平面玻璃纤维板交替粘接样式。
17.本发明在浸渍过程后采用气泵吹扫波纹板内表面和外表面，保持表面平整，没有多余浆液的同时，还要保持内部孔洞畅通，清除可能干燥后堵塞孔洞的浆液。
18.本发明所得波纹板式玻璃纤维材料负载低温钒钼钛催化剂适用于160～320℃工厂烟气脱硝，180℃达到90％效率，而在200-320℃的窗口范围内，测试时间持续172h，脱硝效率始终能稳定超过90％。
19.本发明的优点在于：
20.本发明所述波纹板，主要由玻璃纤维材料制作而成，体积密度小，仅为60-90kg/m3，负载后大部分质量在于催化剂粉体，载体波纹板所占质量比重很小，大大减轻了整体催化剂装载质量。
21.本发明所使用的浆料可以提高催化剂粉体载体表面上载率，针对仅使用水溶液混合催化剂粉末涂覆时上载率低、粉体脱落率高的问题，改进后样品受添加的硅溶胶影响，不易脱落；受硫酸铝影响，块体耐磨程度加强，总体来看，使用寿命大大提高，经测试，烧制完成的整体式催化剂在5000h-1
空速下具有较好的烟气脱硝效率，适用于工厂工况下烟气脱硝处理。
附图说明
22.表1为玻璃纤维板材料元素分析表；
23.表2为玻璃纤维板材料涂覆催化剂粉体负载情况；
24.图1为玻璃纤维波纹板整体式催化剂小试装置；
25.图2为玻璃纤维波纹板单元拼接形态实图；
26.图3为实施例2、3中所用波纹卷样品涂覆前表面形态；
27.图4为实施例2、3中所用波纹卷样品涂覆后表面形态；
28.图5为玻璃纤维材料催化剂涂覆后表面sem形貌图；
29.图6为玻璃纤维板材料涂覆催化剂粉体负载直方图；
30.图7为玻璃纤维材料在不同浓度催化剂浆液浸渍后测试脱硝效率图。
具体实施方式
31.下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
32.所述的载体板为玻璃纤维材料制得，具体成分下见表1。
33.表1
[0034][0035]
实施例1
[0036]
称取16.6g草酸，溶于去离子水中，于70℃水浴中，开启超声搅拌，后加入7.7g偏钒酸铵，水浴约30min后呈深蓝色，再加入14.7g钼酸铵，水浴约30min后呈黑色，最后加入182g锐钛矿型二氧化钛，70℃搅拌至溶液呈粘稠状，将其转移至烘箱中烘干，后置于马弗炉中于600℃焙烧3小时，取出后冷却至室温，可得到200g固体催化剂，然后将固体催化剂用球磨研磨至粉体备用。
[0037]
实施例2
[0038]
将实施例1中制备的其中100g粉体催化剂与20g特制溶剂，加入180g去离子水中，超声搅拌均匀，制成催化剂浆液。将裁好尺寸的玻璃纤维波纹板(长12cm，宽5cm)浸入实施例1中制备的浸渍液中，10秒后控出，停留10秒后继续重复浸渍2次，最后控出时可将玻璃纤维材料卷成筒状，固定形状，用气泵吹扫干净表面及孔隙中多余浆液，于110℃烘箱中烘干；之后将样品置于马弗炉中于450℃烧制3小时，得到1#波纹板催化剂。
[0039]
实施例3
[0040]
将实施例1中制备的其中100g粉体催化剂与20g特制溶剂，加入300g去离子水中，超声搅拌均匀，制成催化剂浆液。将裁好尺寸的玻璃纤维波纹板(长12cm，宽5cm)浸入实施例1中制备的浸渍液中，10秒后控出，停留10秒后继续重复浸渍2次，最后控出时可将玻璃纤维材料卷成筒状，固定形状，用气泵吹扫干净表面及孔隙中多余浆液，于110℃烘箱中烘干；之后将样品置于马弗炉中于450℃烧制3小时，得到2#波纹板催化剂。
[0041]
实施例2和实施例3浸渍之后的催化剂样品，试验对比数据见下表2。对于催化剂负载的上载率、脱落率、实际上载率有如下公式：
[0042][0043][0044][0045]
其中，ma为涂覆前空白载体的质量，mb为涂覆并110℃烘干后样品的质量，mc为催化剂测试后样品波纹卷的质量。
[0046]
表2
[0047][0048]
由上表能够看出，经过该方法制备的整体式波纹板催化剂均具有较高的粉体上载率。
[0049]
测试例1
[0050]
将实施例2和实施例3中1#和2#波纹板催化剂置于石英反应管中分别进行120-320℃脱硝活性测试，反应管直径20mm，空速(ghsv)为5000h-1
。反应气体组成为700ppm nox、700ppm nh3、5％o2,，n2为平衡气。测试结果如图，两波纹板催化剂在180℃附近都能达到90％左右的效率，而在200-320℃的窗口范围内，测试时间持续172h，脱硝效率始终能稳定超过90％，能够看出该方法制备的催化剂具有较好的低温脱硝能力。

技术特征：
1.一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂，其特征在于，其中所述的低温钒钼钛催化剂，主要成分为三氧化钼、五氧化二钒和锐钛矿型钛白粉的混合物；所述的低温钒钼钛催化剂各组分质量百分比例为，87.5-94.5％锐钛矿型钛白粉、3.5-7.5％三氧化钼、1-5％五氧化二钒。2.按照权利要求1所述的一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂，其特征在于，低温钒钼钛催化剂负载率可达50-200％，且实用过程脱载率低。3.按照权利要求1所述的一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂，其特征在于，所述波纹板，主要由玻璃纤维材料制作而成，体积密度为60-90kg/m3，由多层波浪式纤维板块催化剂载体热压组成，呈现一层波纹状玻璃纤维板与一层平面玻璃纤维板交替粘接样式。4.权利要求1-3任一项所述的一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)取去离子水加热至40-60℃，按顺序添加草酸、偏钒酸铵、钼酸铵和锐钛矿二氧化钛，搅拌至粘稠浆液；2)将步骤1)中粘稠状催化剂稠浆液置于烘箱中烘干4小时，再置于马弗炉中于600℃烧制3-5小时，得到块状钒钼钛催化剂；3)将步骤2)中所得块状钒钼钛催化剂于球磨机中研磨至细粉得到低温钒钼钛催化剂粉末；4)将步骤3)中低温钒钼钛催化剂粉末与特制溶剂，加入去离子水中，超声搅拌均匀，制成催化剂浆液；5)将波纹板催化剂单元置于浆液中浸渍均匀，浸渍后将催化剂单元控出，然后继续重复浸渍控出0-4次；最后用气泵吹扫催化剂表面，直至清理完表面多余浆液，放置至自然干燥。特制溶剂主要组成包括：硅溶胶、硫酸铝、聚乙二醇400和水，其中，按照质量比计，硅溶胶:硫酸铝:聚乙二醇400:水＝120:9:7:14，硅溶胶的按二氧化硅质量百分比计浓度为29-31％。5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4)中低温钒钼钛催化剂粉末、特制溶剂和去离子水的质量用量关系为特制溶剂2％-11％，催化剂粉体20％-40％，水50％-75％。6.按照权利要求4所述的方法，其特征在于在浸渍过程后采用气泵吹扫波纹板内表面和外表面，保持表面平整，没有多余浆液的同时，还要保持内部孔洞畅通，清除可能干燥后堵塞孔洞的浆液。7.权利要求1-3任一项所述的一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂的应用，用于低温烟气脱硝，适用于160～320℃工厂烟气脱硝，180℃达到90％效率，而在200-320℃的窗口范围内，测试时间持续172h，脱硝效率始终能稳定超过90％。

技术总结
一种波纹板式玻璃纤维材料负载钒钼钛低温催化剂的制备方法，属于催化剂领域。制备方法：1)配置催化剂浆液，将特制溶剂(主要成分为硅溶胶、硫酸铝和聚乙二醇400)与钒钼钛催化剂粉体、水混合，搅拌均匀；采用浸渍法将波纹板单元置于浆液中处理；4)浸渍后完成后，控出负载催化剂块体，气泵吹扫清理波纹板表面及孔隙内的多余浆液，干燥后完成整体式催化剂制备。采用该浸渍方式制备的波纹板式催化剂具有较好的粉体上载率，且整体质量较轻，降低了成本，减轻了维护压力。进一步煅烧处理后，该装置具有较高的低温活性，适用于160～320℃工厂烟气脱硝。硝。


技术研发人员：李坚 王若楠 张艳丽 樊星
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/10/8